Martí Perarnau Llobet, físico: “Entendemos bien el mundo cuántico y las leyes para describirlo funcionan de maravilla”

Martí Perarnau Llobet, nacido en Sabadell hace 36 años, investiga ese mundo extravagante y oculto que esconde las respuestas a qué es la realidad, más allá de lo que percibimos y a lo que aplicamos las leyes clásicas, que dan para salir del paso y manejar el mundo. Premio Investigador Joven en Física Teórica, que otorga la fundación BBVA y la RSEF (Real Sociedad Española de Física), trabaja con el programa ...

Martí Perarnau Llobet, nacido en Sabadell hace 36 años, investiga ese mundo extravagante y oculto que esconde las respuestas a qué es la realidad, más allá de lo que percibimos y a lo que aplicamos las leyes clásicas, que dan para salir del paso y manejar el mundo. Premio Investigador Joven en Física Teórica, que otorga la fundación BBVA y la RSEF (Real Sociedad Española de Física), trabaja con el programa Ramón y Cajal en la Universidad Autónoma de Barcelona desentrañando el comportamiento de los sistemas cuánticos abiertos, aquellos que no están aislados de su entorno. Este campo facilitará la computación con un menor consumo de recursos energéticos y la fabricación de sensores de una precisión extrema, una gran esperanza de la medicina personalizada, entre otros campos.

Pregunta. Multinacionales como Microsoft, Google o IBM han anunciado avances significativos en computación cuántica. ¿Está justificada la ebullición de esta tecnología?

Respuesta. Hay grandes expectativas en torno a la computación cuántica debido a su inmenso potencial. Un ordenador cuántico puede ser más potente para realizar ciertos cálculos que todos los ordenadores del planeta trabajando al mismo tiempo. Pero aún son muy imperfectos y esto hace que, aunque parezca que tienes una máquina muy potente, la realidad es que no lo es tanto. Pero el camino para conseguir uno ya es interesante en sí mismo, porque nos permite mejorar el control de los sistemas cuánticos y, a la vez, aportar ideas nuevas para mejorar los ordenadores convencionales. Lo que es innegable es que está dando lugar a un gran progreso científico y tecnológico.

P. ¿Qué es un sistema cuántico abierto?

R. Es un sistema que está en contacto con un entorno, que no está aislado. Es una condición de casi todos los sistemas. Si tienes un átomo en el vacío, podría decirse que no hay entorno, pero sí; cuando le pones energía, interacciona con el vacío y la energía se pierde en forma de fotón. El entorno está ahí y los sistemas cuánticos son susceptibles a su presencia. Esto es muy importante porque nos permite entender, por ejemplo, la decoherencia, por qué pasamos de un mundo cuántico donde hay superposiciones a nuestra realidad, donde las cosas no existen en dos sitios a la vez. Los sistemas abiertos son muy importantes para nuestra comprensión de la transición de mundo cuántico al clásico. Y también en la práctica porque, si queremos mejorar los ordenadores cuánticos, tenemos que comprender muy bien la interacción con el entorno.

P. ¿Su investigación es ese puente entre el mundo cuántico y el clásico, entre el laboratorio y el entorno cotidiano?

R. Entendemos bien el mundo cuántico y tenemos unas leyes para describirlo que funcionan de maravilla, pero es verdad que es muy poco intuitivo y, conceptualmente, realmente chocante y rupturista. Lo que hacemos es relevante para exprimir fenómenos cuánticos que se producen en condiciones muy ideales, entenderlos en situaciones más realistas y describir esa transición.

P. ¿Se pueden controlar los fenómenos cuánticos en entornos abiertos?

R. Lo que podemos hacer es comprenderlos y buscar formas eficientes de describir el entorno para usarlo a nuestro favor. Hay algunos estados cuánticos con una fuerte interacción con el entorno y pierden energía muy rápido, pero hay otros que, prácticamente, no lo hacen, que están como protegidos, y esto, por ejemplo, puede ser muy relevante para la computación cuántica. Comprender la física de los sistemas abiertos nos ayuda a encontrar maneras de usarla a nuestro favor.

P. En la práctica, ¿qué podemos conseguir entendiendo un sistema cuántico abierto?

R. Un ejemplo importante se encuentra en la metrología cuántica, que busca usar fenómenos cuánticos para mejorar la precisión de las medidas. En este campo, se desarrollan sensores cuánticos que, aun estando abiertos al entorno, pueden ser muy útiles para medir variaciones muy pequeñas de magnitudes físicas, como podría ser un campo magnético o la temperatura. Hoy en día, los magnetómetros atómicos ya se pueden usar para medir, de forma muy poco invasiva, campos magnéticos que se dan en el cerebro. Otra posible aplicación sería en células, para medir la temperatura y las variaciones de esta en su interior.

P. ¿Cuál es el principal desafío?

R. Aparte de la metrología cuántica, también trabajo en la termodinámica cuántica, que busca entender el origen de la irreversibilidad, de la disipación, por qué se degrada la energía en forma de calor. Un desafío en este campo, que hasta ahora ha sido muy teórico, sería encontrar aplicaciones, usar estas ideas teóricas sobre nuestra comprensión de la termodinámica a esta escala cuántica para, por ejemplo, desarrollar nuevas formas de computar con un consumo energético mucho menor.

P. ¿Cómo investiga? ¿Cómo es un laboratorio cuántico?

R. Un laboratorio cuántico puede ser algo realmente impresionante, sin embargo, como físico teórico mi oficina es mucho más terrenal. La mayoría de mi trabajo se puede hacer con papel y boli, también a través de simulaciones por ordenador. También usamos mucho la pizarra, para discutir posibles ideas o cálculos y proyectos, la ciencia es algo muy colaborativo.